В 1787 году неподалеку от шотландского поселения Стронциан, в шахте по добыче свинца, был найден до этого времени неизвестный минерал. В честь деревни он был назван стронцианитом. А название химическому элементу стронцию ученые дали в честь этого минерала. Каковы его свойства, чем это вещество может быть полезно или опасно?
Первые исследования стронция
После открытия стронцианита ученые относили этот минерал к разным категориям. Одни считали, что он принадлежит к флюоритам, другие – к витеритам. Однако немного позднее ясность относительно этого вещества была внесена шотландским химиком Т. Хопом. Тогда еще не было известно, что исследуемое вещество может иметь период полураспада. Стронций был также объектом изучения химика А. Лавуазье, а также Гемфри Дэви. Существенный вклад в открытие этого вещества был также внесен русским ученым Товием Ловицем. Он, независимо от западных коллег, обнаружил присутствие этого металла в тяжелом шпате.
Немного теории. Что такое период полураспада?
Каждому известно, что сегодня радионуклидом принято называть радиоактивные изотопы. Что же такое период полураспада? Радионуклиды отличаются от других веществ тем, что их ядра являются нестабильными. Со временем они распадаются – происходит процесс радиоактивного распада. Во время этого процесса ядра превращаются в другие изотопы, и при этом происходит испускание радиоактивных лучей. Разные радионуклиды имеют разный уровень нестабильности. Существуют короткоживущие и долгоживущие изотопы. Короткоживущие распадаются очень быстро: на это уходят секунды, дни или месяцы. Для долгоживущих необходимы сотни, тысячи, а иногда и миллиарды лет. В каком бы количестве ни был взят изотоп, для того чтобы распалась половина его вещества, всегда требуется определенный промежуток времени – он и называется периодом полураспада.
Каков период полураспада стронция-90?
Как известно, радионуклиды и изотопы являются очень опасными для здоровья веществами. Что касается стронция, то его стабильные изотопы практически не представляют опасности для человека. Но радиоактивные изотопы способны к уничтожению всего живого. Причина, по которой одна из опасных форм стронция – стронций-90 – является опасной, – это его период полураспада. Стронций-90 распадается за 29 лет, и этот процесс всегда сопровождается выделением большого количества излучения. Этот элемент имеет способность быстро включаться в системы живых организмов и метаболизироваться.
Свойства стронция
На воздухе стронций очень быстро реагирует с водой, покрываясь желтой оксидной пленкой. В свободном виде этот элемент в природе не встречается. Его самые большие месторождения расположены в России, Аризоне, Калифорнии (США). Стронций является очень мягким металлом – его легко разрезать простым ножом. Но температура его плавления составляет 768 °С. Сплавы, в состав которых включен стронций, используются в пиротехнике. А также этот элемент применяют для восстановления урана.
Проникновение стронция в живые организмы
По своим химическим свойствам стронций очень похож на обычный кальций – этот элемент практически является его аналогом. Стронций-90 очень быстро откладывается в костных тканях, зубах, а также в жидкостях. При распаде этого элемента также образуется дочерний изотоп иттрий-90, который имеет очень короткий период полураспада. Стронций по этому параметру нельзя даже сравнивать с иттрием-90, который распадается всего лишь за 64 часа.
Иттрий-90 способен излучать бета-частицы. Он также очень быстро поражает костную ткань и особо чувствительный к нему костный мозг. Под действием мощного облучения в любом живом организме происходят серьезные физиологические изменения. Меняется клеточный состав, структура клеток также серьезно нарушается, что приводит к изменению в обмене веществ. Поэтому вопрос, какой период полураспада стронция-90, вовсе не праздный. В конечном счете этот элемент приводит к раку крови (лейкемии) и костей. А также он способен оказывать мощное влияние на структуру ДНК и генетику.
Скорость распространения в природе
Заражение стронцием-90 происходит в короткие сроки, так как он имеет очень короткий период полураспада. Стронций, образовавшийся после техногенных катастроф, передается по пищевым биологическим цепям, так как он заражает землю и воду. Изотоп также легко проникает в дыхательные пути животных и людей. Из земли стронций-90 быстро попадает в организм животных, растений, а затем и в организм людей, которые принимают зараженные продукты. Помимо этого изотоп способен не только поражать определенный организм, но и передавать уродства его потомкам. Стронций-90 также передается с молоком матери ребенку.
Этот изотоп принимает активное участие в обмене веществ у растений. В них вещество попадает из почвы через корни. Очень большое количество стронция накапливают такие виды растений, как бобовые, корнеплоды и клубнеплоды. В организме человека стронций накапливается главным образом в скелете. С возрастом количество отложенного стронция понижается. У мужчин изотоп накапливается больше, чем у женщин.
Самые опасные изотопы
Наряду с цезием-137 стронций-90 является одним из опаснейших и мощнейших радиоактивных загрязнителей, имеющих быстрый период полураспада. Стронций-90 очень часто попадает в окружающую среду в результате аварий на АЭС, а также ядерных испытаний. Ситуация осложняется тем, что наличие этого изотопа очень сложно определить даже в пробах почвы. В отличие от цезия, гамма-излучение которого выявляется очень легко, для определения содержания стронция-90 в почве требуется как минимум неделя.
Во время такого исследования пробу почвы или сельскохозяйственной продукции ученые сжигают особым образом, и только после этого можно говорить о том, есть ли в этом образце стронций. Этот метод абсолютно не подходит, когда нужно выявить количество изотопа, поглощенного человеческим организмом. Для такой диагностики белорусские ученые изобрели специальный шлем, регистрирующий бета-излучение.
Родственный стронцию-90 элемент
Самыми близкими по своим свойствам в данном отношении являются металлы цезий-137 и стронций-90. Период полураспада 30 лет имеет цезий-137. При радиационных катастрофах именно эти два элемента создают самое большое количество проблем. Считается, что в чудовищных последствиях аварии на ЧАЭС гамма-активный цезий виновен больше, чем стронций. Учитывая периоды полураспада этих веществ, можно сказать, что должно пройти не менее шестисот лет, прежде чем в чернобыльской зоне не останется этих изотопов.
Особенности полураспада изотопов
Для каждого вещества-изотопа строго определен период полураспада. Стронций-90 обладает периодом в 28 лет. Однако это не означает, что все его атомы исчезнут по прошествии 56 лет. Также не играет роли первоначальное количество изотопа. Во время распада некоторая часть стронция может меняться, превращаясь в более легкие элементы. Если период полураспада радиоактивного стронция равен 28 лет, то это означает следующее.
Через этот промежуток времени от первоначального количества изотопа останется половина. Еще по прошествии 28 лет – четверть и так далее. Получается, что стронций может загрязнить окружающую среду на десятки лет. Некоторые ученые округляют это число, обозначая, что период полураспада стронция – 29 лет. Через этот промежуток времени остается половина от вещества, но этого достаточно, чтобы стронций распространился далеко за пределы аварии.
